Мендл М. 200 избранных схем электроники. Матью Мэндл 200 избранных схем электроники редакция литературы по информатике и электронике 1978 PrenticeHall, Inc
 Скачать 2.25 Mb.
|
|
1.7. Регуляторы тембра Регуляторы тембра применяются в звуковоспроизводящих устройствах для того, чтобы изменять в сигнале содержание низких и высоких частот или тех и других вместе. В основных схемах регуляторов тембра содержание частот меняется путем снижения усиления в той или иной области частот. Так. напои-мер, содержание высоких частот увеличивается, когда ослабляется низкочастотная часть сигнала, а содержание низких частот увеличивается, когда ослабляется высокочастотная часть сигнала. Поэтому, если нет схемы автоматического регулирования усиления (АРУ), то после увеличения уровня, например, низких частот необходимо изменить общее усиление так, чтобы уровень громкости остался неизменным. Рис. 1.9. Схемы регулирования тембра. Типичная схема регулирования уровня низких частот показана на рис. 1.9, а. В этой схеме к обычной разделительной цепочке C 1 R 2 добавлена цепочка, состоящая из переменного резистора R 1 и последовательно включенного конденсатора С 2 . Когда движок переменного резистора находится в верхнем положении, конденсатор С 2 оказывается подключенным между выводом базы и землей и поэтому шунтирует вывод базы. Это приводит к ослаблению ВЧ-составляющих сигнала, и относительное содержание низких частот возрастает. Аналогично, когда движок резистора находится в нижнем положении, то сопротивление R 1 большой величины уменьшает шунтирующее действие С 2 уровень ВЧ-составляющих сигнала возрастает и относительное содержание низких частот уменьшается. Регулируя величину сопротивления резистора R 1 , можно устанавливать желаемый тембр усилителя. Схема регулирования уровня высоких частот приведена на рис. 1.9,6. Когда движок переменного резистора R 1 находится в крайнем левом положении, конденсатор С 2 закорачивается и входной сигнал, поступающий на базу через конденсатор С 3 большой емкости, получает нормальное усиление. Однако, если движок резистора находится в крайнем правом положении, конденсатор С 3 закорачивается и входной сигнал поступает на базу через конденсатор Cz. Малая величина емкости последнего конденсатора приводит к относительному ослаблению НЧ-состав-ляющих сигнала и, следовательно, к увеличению содержания ВЧ-составляющих. При других положениях движка переменного резистора устанавливаются промежуточные уровни высоких частот. Рис. 1.10. Цепи обратной связи по напряжению. Во многих высококачественных устройствах устанавливают так называемый переключатель громкости, который в положении «Тихо» обеспечивает высокое содержание низких частот (особенно при малых уровнях громкости, что необходимо для компенсации пониженной чувствительности человеческого уха к НЧ-сигналам). На рис. 1.9, в показана соответствующая схема в сочетании с регулятором громкости, выполненным на пе- ременном резисторе R 2 . В положении «Выключено» кнопка переключателя закорачивает конденсатор С 2 , а также отключает конденсатор С 1 . В этом случае обеспечивается нормальный тембр. В положении «Включено» переключатель присоединяет нижний вывод конденсатора С 1 к верхнему выводу конденсатора Сч, соединенному с нижней частью переменного резистора. Теперь, поскольку конденсатор Ci шунтирует на высоких частотах часть резистора R 4 , уровень высоких частот понижается и, следовательно, относительное содержание низких частот возрастает. По мере того как движок регулятора громкости перемещается вниз, он приближается к точке подключения конденсатора Сч, в которой наблюдается максимальное относительное ослабление высоких частот и, следовательно, максимальное относительное содержание низких частот. 1.8. Отрицательная обратная связь В схемах с отрицательной обратной связью часть усиленного входного сигнала подается обратно во входную цепь усилителя. Сигнал обратной связи находится в противофазе с входным сигналом. Преимущества схем с отрицательной обратной связью заключаются в уменьшении частотных искажений, расширении полосы пропускания, лучшей стабильности схем, а иногда и в ослаблении шумов. Отрицательная обратная связь понижает усиление сигнала, однако этот недостаток часто оказывается несущественным по сравнению с отмеченными достоинствами. Рис. 1.11. Цепи обратной связи по току. На рис. 1.10 показаны типичные цепи отрицательной обратной связи по напряжению. В схеме на рис. 11.10, а сигнал обратной связи снимается с выхода усилителя и подается в цепь эмиттера входного усилителя. Глубина обратной связи регулируется величинами резисторов и конденсаторов в цепи обратной связи. Сигнал обратной связи, выделяемый на резисторе в цепи эмиттера (500 Ом) входного каскада, вычитается из входного сигнала. Таким образом при положительной полуволне входного сигнала в цепи коллектора появится отрицательная полуволна определенной амплитуды; при этом сигнал обратной связи, который меняет прямое смещение между базой и эмиттером, будет уменьшать амплитуду этой отрицательной полуволны. Аналогично для отрицательной полуволны входного сигнала положительная полуволна, появляющаяся в цепи коллектора, меньше той, которая была бы без обратной связи. (Необходимо помнить, что сигнал, приложенный к базе, и усиленный сигнал в цепи коллектора изменяются в противофазе.) Конденсатор емкостью 30 мкФ, включенный последовательно в цепь обратной связи, не пропускает постоянной составляющей с выхода выходного усилителя на резистор 500 Ом в цепи входного усилителя. Сопротивление 9 кОм и шунтирующая его емкость определяют глубину обратной связи. При использовании полевых транзисторов (которые имеют более высокое входное сопротивление, чем биполярные) используются элементы другой величины. На рис. 1.10,6 показана схема подключения цепи обратной связи к резистору в цепи истока ПТ. Здесь часть напряжения со вторичной обмотки выходного трансформатора поступает на резистор в цепи истока ПТ предыдущего каскада. Если знак обратной связи отличается от требуемого (отрицательного), то его можно изменить, поменяв местами выводы вторичной обмотки трансформатора. Амплитуда напряжения обратной связи регулируется величиной резистора, последовательно включаемого в цепь обратной связи. На глубину обратной связи влияет также величина резистора в цепи истока. Иногда обходятся без разделительного конденсатора в цепи обратной связи, хотя он предотвращает шунтирование резистора в цепи истока по постоянному току малым сопротивлением вторичной обмотки выходного трансфор- матора. Так как напряжение обратной связи и напряжение входного сигнала находятся в противофазе, то они вычитаются и происходит ослабление выходного сигнала пропорционально величине напряжения обратной связи. Заметим, что в сигнале обратной Связи могут содержаться составляющие, искажающие основной сигнал. Эти составляющие поступают на вход усилителя, усиливаются и вновь появляются на выходе, но уже в противофазе с исходными. В результате происходит ослабление искажений сигнала, величина которого определяется глубиной обратной связи. (Дополнительные сведения об обратной связи приводятся в разд. 2.2.) На рис. 1.11 показан другой тип схем с отрицательной обратной связью. В схеме на рис. 1.11, а для получения отрицательной обратной связи по току исключен конденсатор, которым обычно шунтируют резистор R2 в цепи эмиттера. В результате устанавливается отрицательная обратная связь, при которой напряжение обратной связи пропорционально току сигнала, протекающему через R2. Поскольку здесь используется транзистор р — n — р-типа, для создания прямого смещения необходимо, чтобы эмиттер был положительным относительно базы. Для получения обратного смещения коллекторного перехода на коллектор подается отрицательное напряжение. В результате ток, протекающий по резистору в цепи эмиттера, создает падение напряжения указанной на рисунке полярности. Поскольку это падение напряжения на резисторе сопротивлением 330 Ом устанавливает потенциал эмиттера отрицательным: относительно потенциала базы, имеет место отрицательная обратная связь. Входной сигнал вызывает появление напряжения на резисторе R 2 . Такой резистор улучшает также температурную стабильность каскада, так как препятствует возрастанию тока транзистора с температурой. В сочетании с охлаждающими радиаторами, которые используются в мощных транзисторах, резистор R 2 способствует ослаблению температурных эффектов, в результате чего опасность температурного дрейфа снижается. На рис. 11.11,6 приведена аналогичная схема на транзисторе n — р — n-типа. Как и в предыдущем случае, падение напряжения на резисторе в цепи эмиттера оказывает действие, противоположное прямому смещению (прямое смещение в транзисторе n — р — n-типа имеет место, когда потенциал эмиттера отрицателен относительно потенциала базы). Схемы, изображенные на рис. 1.11, а и б, имеют лучшие частотные характеристики по сравнению с характеристиками схем, в которых резистор R2 зашунтирован конденсатором. Реактивное сопротивление конденсатора, шунтирующего резистор Rz, возрастает на низких частотах, поэтому низкие частоты усиливаются меньше высоких. Это происходит вследствие того, что при большой величине реактивного сопротивления конденсатора возрастает падение напряжения на R 2 и уменьшается усиление. Если шунтирующий конденсатор исключить, то общее усиление каскада понизится, зато уменьшатся вредные эф- фекты, связанные с действием указанного элемента. Этой возможностью часто пользуются в видеоусилителях, где сигналы имеют широкий спектр, а также в других усилителях, для которых уменьшение усиления не является существенным. В схеме, изображенной на рис. 1.11, в, напряжение сигнала падает на резисторе R2, так как он не зашунтирован конденсатором. Резистор R 1 включен параллельно с конденсатором С 2 , поэтому на R 1 выделяется только постоянная составляющая, величина которой зависит от тока коллектора. Только резистор R2 создает отрицательную обратную связь по току, а последовательно соединенные резисторы R 1 и R 2 влияют на темпера- турную стабильность схемы благодаря изменению смещения при изменении температуры. 1.9. Видеоусилители Видеоусилители предназначены для усиления широкополосных сигналов. Они применяются, например, в радиолокации и телевидении для усиления сигналов до уровня, необходимого для нормальной работы электронно-лучевых трубок. Во многих случаях видеоусилители можно рассматривать как усилители звуковой частоты, у которых значительно расширена полоса пропускания. Поскольку ВЧ-сигналы значительно ослабляются внутренними емкостями транзисторов, паразитными емкостями монтажа и распределенными емкостями трансформаторов, для компенсации этих эффектов используют специальные цепи. При работе с демодулированными телевизионными сигналами, спектр частот которых находится в полосе 30 Гц — 4 МГц [В СССР используется другой стандарт на телевизионные сигналы. — Прим. перев.], выбирают транзисторы с малыми внутренними емкостями. Кроме того, полосу пропускания усилителей расширяют путем включения корректирующих цепей, показанных на рис. 1.12. Так как паразитные емкости монтажа не могут быть устранены полностью, их действие нейтрализуют включением катушки индуктивности LS, которая в сочетании с шунтирующей паразитной емкостью С образует резонансную цепь низкой добротности для ВЧ-сигналов. Такая параллельная LC-цепь име-ет высокое сопротивление для сигналов, частоты которых близки к резонансной, что способствует ослаблению шунтирующего действия паразитных емкостей. Применяемая для этой цели катушка индуктивности (индуктор) называется корректирующей (обостряющей); ее включают последовательно с резистором R 6 в цепи коллектора. Другую корректирующую катушку индуктивности L 4 подключают непосредственно к коллектору транзистора Г 2 . Высокое реактивное сопротивление L 4 для сигналов, лежащих в высокочастотной части полосы пропускания, отделяет паразитные емкости коллекторной цепи от паразитных емкостей базовой цепи следующего каскада (или кинескопа). Резистор R 2 , шунтирующий катушку индуктивности L 4 , служит для подавления паразитных колебаний, которые могут возникнуть на частотах в-окрестности резонансной частоты контура, образованного индуктивностью L 4 и паразитными емкостями монтажа. Сопротивление R 2 снижает добротность этого контура и уменьшает так называемый звон. Схема, показанная на рис. 1.12, применяется в приемниках черно-белого изображения. В приемниках цветного изображения используются аналогичные схемы. В видеоусилителе, показанном на рис. 1.12, используются два транзистора, причем на вход транзистора Т 1 поступают де-модулированные сигналы ПЧ изображения и звука. Рис. 1.12. Видеоусилитель. При смешении в детекторе сигналов изображения и звука, имеющих фиксированные несущие частоты, образуется стандартный сигнал ПЧ звукового сопровождения частотой 4,5 МГц, который является сигналом ПЧ звукового сопровождения с наинизшей частотой преобразования, получаемой на выходе переключателя телевизионных программ (каналов). Транзистор Т 1 имеет два выхода. Детектированные видеосигналы выделяются на резисторе R 1 эмиттерного повторителя и подаются далее на базу транзистора 7 2 (см. также разд. 1.3). Сигнал звукового сопровождения выделяется в параллельном резонансном контуре коллекторной цепи, настроенном на резонансную частоту 4,5 МГц. С катушки индуктивности L 2 , составляющей вместе с LI трансформатор, сигнал поступает на УПЧ звука и далее на детектор звуковых сигналов. Сигнал звукового сопровождения частотой 4,5 МГц присутствует как в коллекторной, так и в эмиттерной цепи. Поэтому на резисторе Ri выделяются как сигналы изображения, так и звука. Для подавления сигнала звукового сопровождения между базой транзистора Г 2 и землей включен последовательный резонансный контур C 2 L 3 , который закорачивает сигнал часто-той 4,5 МГц на землю, так как контур настраивается именно на эту частоту подстроечным сердечником катушки индуктивности L 3 . Если звуковой сигнал проникает в канал изображения, то на экране возникают интерференционные полосы. Переменный резистор Rz в цепи эмиттера Т 2 используется для регулирования напряжения смещения путем изменения падения напряжения на R 3 . Таким образом меняется усиление транзистора Т 2 и зритель может установить желаемую контрастность изображения. Резистор R 4 предотвращает закорачивание цепи эмиттера в крайнем верхнем положении движка потенциометра R 5 . Яркость изображения регулируется потенциометром RQ . Так как потенциал катода кинескопа положителен по отношению к потенциалу первой (управляющей) сетки, то при перемещении .движка вверх сетка становится более отрицательной и, следовательно, сильнее задерживает электроны, вылетающие из катода, в результате чего интенсивность электронного луча падает. При снижении потенциала катода смещение сетки уменьшается, поэтому большее число электронов оставляет катод и яркость увеличивается. 1.10. Фазоинверторы Схемы фазоинверторов используются для получения двух находящихся в противофазе сигналов, необходимых для работы двухтактных звуковых и радиочастотных усилителей. Сдвиг фаз в 180° между сигналами, подаваемыми на входы двухтактного усилителя (выполненного на двух одинаковых транзисторах), позволяет использовать комбинированные усилительные характеристики каждого транзистора в симметричной схеме, в результате чего получают высокую выходную мощность, высокий к. п. д. и малые нелинейные искажения. На рис. 1.13, а показана типичная двухтактная схема с трансформаторной связью. Здесь для получения требуемого сдвига фаз в 180° между сигналами, подаваемыми на базы транзисторов Т 1 и Т 2 , используется трансформатор Т р1 . Так как от середины вторичной обмотки трансформатора отходит вывод, через который подается смещающее напряжение на базы транзисторов, сигнал на базе Т 1 будет отличаться по фазе на 180° от сигнала на базе Т 2 . Поскольку в схемах с общим эмиттером выходные сигналы в коллекторных цепях инвертированы на 180° относительно сигналов в базовых цепях, усиленные сигналы на выходах транзисторов имеют вид, показанный на рис. 1.13, а. Отрицательная полуволна сигнала с одной половины обмотки выходного трансформатора Тр2 суммируется с положительной полуволной сигнала с другой половины обмотки, и образованный таким образом результирующий сигнал поступает на громкоговоритель. Рис. 1.13. Фазоинверторы. Если транзисторы имеют одинаковые характеристики, то не требуется шунтировать резистор в цепи эмиттера конденсатором. Это следует из того, что в симметричной схеме на общем резисторе в цепи эмиттера отсутствует напряжение сигнала, поскольку уменьшение тока в одном транзисторе компенсируется таким же увеличением тока в другом. Фазоинвертор на транзисторах может быть построен и без применения межкаскадного трансформатора (рис. 1.13,6). Сопротивления в цепях коллектора и эмиттера транзистора Т 1 имеют одинаковую величину, что необходимо для того, чтобы сигналы фазоинвертора были одинаковой амплитуды. Сдвиг фаз между сигналами, подаваемыми на базы транзисторов Т 2 и Т 3 , обусловлен тем, что в транзисторе Т 1 (типа n — р — n) сигнальный ток через оба резистора il кОм протекает в одном и том же направлении, например от вывода источника к земле, создавая на них одинаковые падения напряжения. Поэтому сигнальное напряжение, действующее между эмиттером и землей, положительно, в то время как сигнальное напряжение, снимаемое с коллектора Т 1 , оказывается в этом случае отрицательным. Таким образом создается нужный для работы двухтактного уси- лителя сдвиг фаз двух сигналов. |